天河一号缘何被挤下全球超算冠军之位?

2011年07月05日 20:07    Liming
关键词: 全球超算冠军 , 天河一号
就在半年之前,第37次全球超级计算机TOP500排行榜中,我国国防科大研制的“天河一号”第一次获得“状元”,排名第一,令国人欢欣雀跃。可是没想到的是,很快第一的位置又被日本超级计算机“京”所取代。为何“天河一号”所占据的超算冠军会被日本计算机夺走?超算冠军易主又说明了什么?《IT时报》记者带着对超级计算机的种种好奇,走进位于张江的上海超级计算中心。
超算排名只比计算能力 超级计算机的排名是用什么标准来衡量的?上海超级计算中心副主任李根国告诉记者,目前使用的评判标准是LINPACK(线性系统软件包),通俗地讲,就是看谁求解一元N次稠密线性代数方程组的速度更快,以此来评价高性能计算机的浮点性能。
其实,国际TOP500排名,仅仅是计算机速度的比赛,但判断一个国家的整体计算机实力,不能只看冠军一个指标。日本超级计算机“京”此次夺冠并不奇怪。在历史上该国超算水平就很强,从2002年6月至2004年,日本超级计算机“地球模拟器”就曾连续5次夺得 TOP500桂冠。
在此次榜单中,记者发现,中国的超算保有量从上次的41台上升为62台,居于美国之后,排名第二。虽然这是一个可喜的现象,但李根国认为我国的超级计算机和国外相比还是存在一定缺陷。“一是目前中国的超级计算机大多数都使用GPU(图形处理器)加速核心,虽然提升了排名,但GPU仅限于某些程序的加速,应用不广泛;二是中国可以造出很多超级计算机,但却没有掌握核心的CPU技术,大规模使用的还是英特尔芯片;三是超算的应用范围还应更广泛,美国把超算运用到了信息处理方面,比如让超算模拟经济运行状态,以及让超算来为产品定价,中国在这些方面的应用很少。”李根国认为。
“超级计算机的排名变化很大,一般排在250名之后的超级计算机,在下一次的评比中就会落榜。”李根国说。
目击世界第40位超级计算机
从1946年,世界上第一台电子计算机诞生,到我国第一台超级计算机“银河一号”于1983年问世,再到后来的“神威”、“曙光”,每一代超级计算机最大的进步就是其计算能力大幅度的提高,从最初的5000次/秒,到2011年6月16日发布的第37次全球超级计算机TOP500排行榜上位于榜首的 8773.63万亿次/秒,如今超级计算机运算速度比最初增长了1亿多倍。
说起超级计算机,大家不约而同地都会想到它的运行速度特别快、性能特别强大。而记者在上海超级计算中心的机房里也看到了目前位于世界第40位的“魔方”(即“曙光5000A”),这是中国首台百万亿次超级计算机,运行速度可达200万亿次/秒。隔着工作区域的玻璃门,记者看到了“魔方”黑灰色机柜,犹如整齐排列的披甲武士,上面布满了高密度刀片主板和基于该主板的世界上第一款7U高度的10片4路4核64位CPU的工业标准刀片服务器,工作人员正在对“魔方”进行24小时的监控。
谁在使用超级计算机?
在机房里记者看到的“魔方”,就是一排排的机柜,那么它的主机、显示器、键盘和鼠标又在哪里?工作人员告诉记者,用户可通过网络终端登录来使用超级计算机,这些终端可以是PC机、工作站、也可以是个人笔记本电脑,这些都成为超级计算机的“键盘鼠标”。
这台神秘的“魔方”谁在使用?“机房上方悬挂的液晶显示屏上显示的是‘魔方’目前的使用情况,不同颜色的小方格代表不同的单位,现在已经有350个左右课题组申请了魔方的使用账号,如果有新的课题组要使用魔方,需等候1~2个小时,相对于一开始很多用户仅上机排队时间就需要等待一个月时间,已经缩短了很多。现在使用魔方的大多是高校、研究所、工程设计院等,应用也涉及到纳米材料、生物医药、航天航空等20多个领域。”李根国告诉记者。
“超级功耗”或达上海耗电量千分之一
超级计算机“算得快”,取决于它的“内心”技术,而支持这颗“心脏”持续高速工作的是强大的功耗。此次TOP500排名中,有29台超算的功耗都超过了1MW(兆瓦),性能排名第1的“京”,功耗也最大,为9.89MW,超级计算机的功耗正呈现出逐步上升的态势。李根国告诉记者,日本甚至为 “京”专门建造了发电站和机房。
超级计算机的功耗到底如何?“‘天河一号’的功耗是6000千瓦,每年所需要的电费高达5000万元,上海超算中心目前正在使用的‘魔方’的功耗是 1000千瓦,每年的电费在1200万元左右。我国正在规划研制一台5万万亿次的超级计算机,其功耗预计为20000千瓦,相当于上海总用电量的千分之一。”李根国给记者算了一笔账。
在目前采用的超级计算机评比标准LINPACK中,并没有考虑到超级计算机的功耗,只是看超算的运行速度。不过,现在超级计算机的功耗也已经出现在评判标准中。超级计算机Green500榜单就主要关注超级计算机在能效方面的表现,以使人们更加关注节能减排。“如果一台超级计算机的功耗超过 10000千瓦, 就要对其进行控制。” 李根国认为。
我们身边的“超算”
1、气象预报:人算不如超算
在超级计算机没有诞生之前,要想知道天气变化,都要专门人士去布置卫星、探测器等,捕捉大气变化,再根据自身经验来判断。
而超算就可以直接模拟大气变化,结合其它监测仪器发回的数据,自动分析出风云变幻,提高了气象预报的准确性。而我们经常听到的“局部地区有雨”等字眼在超算的帮助下也会逐步消失,因为超算能准确计算出哪个地区什么时候会下雨。
2、汽车/飞机设计:安全舒适让超算把关
汽车设计需要综合考虑空气流体动力学、燃料消耗、结构设计、防撞性,乘坐者舒适度、以及噪音等多种因素,因此设计一款好车,必须借助超级计算机。
对于所有人最关心的安全问题,以前在设计汽车时,汽车制造商通常需要用100多辆汽车进行碰撞试验,而现在用超算来建模、修正、设计后,制造商只需用7~8辆车进行真车实验,而且也大大缩短了新车的下线周期,从原先的平均36个月缩短到了12个月。而飞机的设计制造亦是如此。
3、市政工程:它知道桥梁的不可承受之重
记者在计算机科技馆里看到了一座桥梁的模型,桥梁的底下一层还有轻轨。工作人员告诉记者,超算可以计算出当有轻轨通过时桥梁的应力变化;甚至当两列相向而行的列车同时经过该桥时,桥梁是否扛得住,以保证桥梁和过往车辆的安全。
其实,桥梁的承受力和安全性都是超算通过力学原理计算出来的,比如在极端的气候条件下,桥梁的承受力;被多大吨位的船撞击后,桥梁会垮塌等。
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